package _0000_study._algorithm.sorting.exchangesort.quicksort;

import _0000_study._algorithm.sorting.SortTestHelper;

public class QuickSort2Ways {

    // 我们的算法类不允许产生任何实例
    private QuickSort2Ways() {
    }

    // 双路快速排序的partition
    // 返回p, 使得arr[l...p-1] < arr[p] ; arr[p+1...r] > arr[p]
    private static int partition(Comparable[] arr, int l, int r) {

        // 随机在arr[l...r]的范围中, 选择一个数值作为标定点pivot
        swap(arr, l, (int) (Math.random() * (r - l + 1)) + l);

        Comparable v = arr[l];

        //          arr[l+1...i) <= v                             arr(j...r] >= v
        // \--\   \--\--\--\--\--\--\   \--\--\--\--\--\--\   \--\--\--\--\--\--\--\--\
        //   l     l+1        i-1 i     i+1            j-1     j
        // ......
        // 最后交换nums[l]和nums[j]

        // arr[l+1...i) <= v; arr(j...r] >= v
        int i = l + 1, j = r;
        while (true) {
            // 注意这里的边界, arr[i].compareTo(v) < 0, 不能是arr[i].compareTo(v) <= 0
            // 思考一下为什么?
            while (i <= j && arr[i].compareTo(v) < 0)
                i++;

            // 注意这里的边界, arr[j].compareTo(v) > 0, 不能是arr[j].compareTo(v) >= 0
            // 思考一下为什么?
            while (j >= i && arr[j].compareTo(v) > 0)
                j--;

            // 对于上面的两个边界的设定, 有的同学在课程的问答区有很好的回答:)
            // 大家可以参考: http://coding.imooc.com/learn/questiondetail/4920.html
            // 例如数组全0，如果是 >= 和 <= ，会导致每次分的两部分极度不平衡

            if (i >= j)
                break;

            swap(arr, i, j);
            i++;
            j--;
        }

        swap(arr, l, j);

        return j;
    }

    // 递归使用快速排序,对arr[l...r]的范围进行排序
    private static void sort(Comparable[] arr, int l, int r) {

        // 对于小规模数组, 使用插入排序
        if (r - l <= 15) {
            InsertionSort.sort(arr, l, r);
            return;
        }

        int p = partition(arr, l, r);
        sort(arr, l, p - 1);
        sort(arr, p + 1, r);
    }

    public static void sort(Comparable[] arr) {

        int n = arr.length;
        sort(arr, 0, n - 1);
    }

    private static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
        Object t = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = t;
    }

    // 测试 QuickSort2Ways
    public static void main(String[] args) {
        String sortClassName = SortTestHelper.packagePrefix +
                ".exchangesort.quicksort.QuickSort2Ways";

        // Quick Sort也是一个O(nlogn)复杂度的算法
        // 可以在1秒之内轻松处理100万数量级的数据
        int N = 1000000;
        Integer[] arr = SortTestHelper.generateRandomArray(N, 0, 100000);
        SortTestHelper.testSort(sortClassName, arr);
    }
}